JAK STEROWAĆ RUCHEM?

Rys. 2. Nowoczesne systemy sterowania windami (rys. b) zapewniają krótszą podróż, większy komfort i oszczędności energii (źródło: ThyssenKrupp)

W wysokich budynkach, a także w tych, w których spodziewane jest duże natężenie ruchu, w celu skrócenia czasu oczekiwania, jak i samej podróży, instaluje się kilka wind lub dźwigi zbudowane z wielu niezależnych kabin w jednym szybie.

Ich jazdę trzeba skoordynować w taki sposób, aby nie jeździły puste, ani przepełnione, pasażerowie nie czekali zbyt długo na windę, ani nie spędzali w niej za wiele czasu, równocześnie optymalizując zużycie energii przez unikanie zbyt częstego ich zatrzymywania. Z tych powodów algorytmy sterowania ruchem w rozbudowanych systemach transportowych uwzględniają wiele danych wejściowych - m.in. obciążenie poszczególnych kabin.

Dzięki temu można uniknąć na przykład sytuacji, w której spośród dwóch wind - pierwszej, zjeżdżającej z 20. piętra i drugiej - z 12., które wiozą odpowiednio - 1 oraz 10 osób, na wezwanie zjazdu w dół zgłoszone na piętrze 10. zatrzyma się winda druga. Nie byłoby to efektywne, bo mimo że ta kabina jest bliżej, jej zatrzymanie się opóźni podróż większej liczby osób.

Od kilku lat popularyzuje się także koncepcja smart elevator. Wdrożyło ją już wielu producentów wind - na przykład firmy Schindler, Otis oraz Th yssenKrupp. Zakłada ona, że do sterownika windy przekazać należy również dane o celu podróży, zanim jeszcze pasażer wsiądzie do windy. Nie chodzi jednak o wskazanie tylko jej kierunku przez wybór strzałki "w dół" lub "w górę", ale konkretnego poziomu. Realizuje się to, umieszczając na zewnątrz wind panel, na którego klawiaturze należy określić piętro docelowe. Informacją zwrotną dla pasażera jest numer windy, którą najszybciej dojedzie on na wybrany poziom.

Aby zapobiec fałszywym wskazaniom, nie pozostawia się możliwości skorygowania wyboru wewnątrz kabiny - jeżeli ktoś, na przykład dla żartu, poda niewłaściwe piętro, będzie musiał na nim wysiąść i ponownie wybrać właściwy poziom. W budynkach, w których na niektóre piętra wstęp mają tylko upoważnione osoby, wydawane są karty dostępu. Po odczytaniu z nich informacji identyfikujących daną osobę, na panelu wyświetlane są tylko te piętra, na których może ona przebywać.

Windy hydrauliczne a elektryczne

Windy hydrauliczne opłaca się instalować tylko w budynkach o wysokości maksymalnie 7-8 pięter. W porównaniu z elektrycznymi zazwyczaj zużywają one bowiem więcej energii, są też wolniejsze - ich prędkość rzadko przekracza 1 m/s.

Ponadto lepkość oleju hydraulicznego zależy od jego temperatury, dlatego jeżeli jest zbyt zimny, na windę trzeba długo czekać, a gdy bardzo gorący - kabiną w czasie jazdy "szarpie". Zastosowany siłownik musi jednak mieć odpowiednio dużą średnicę, inaczej może ulec wyboczeniu.

Ważny jest też jego montaż - zazwyczaj instalowany jest głęboko w podstawie - tym głębiej, im większa jest wysokość podnoszenia, czyli długość odcinka przejazdu kabiny między najniższym a najwyższym przystankiem. Aby nie doszło do zanieczyszczenia wód gruntowych w przypadku montażu w ziemi, zagłębienie to powinno być możliwie jak najpłytsze, dlatego korzysta się z siłowników teleskopowych.

Zaletą wind hydraulicznych tego typu jest łatwość i szybkość instalacji. Ich zespół napędowy nie zajmuje wiele miejsca i można go umieścić w odległości od kilku do nawet kilkunastu metrów od szybu, na dowolnej kondygnacji, na przykład w piwnicy albo pod schodami. Dzięki swobodzie w lokalizacji maszynowni efektywniej wykorzystuje się dostępną przestrzeń i zmniejsza koszty budowy, mniej dokuczliwe są także odgłosy pracującego dźwigu.

Bez przeciwwagi szyb jest węższy, a obciążenie struktury budynku mniejsze. Ta ostatnia, oprócz tego, że utrzymuje odpowiednie naprężenie lin, na których zawieszona jest kabina wind elektrycznych, zapewnia stałą energię potencjalną w systemie. Pozytywnie wpływa to na sprawność energetyczną dźwigów tego typu. Ich maszynownia powinna się jednak znajdować nad szybem, na przykład na piętrze nieużytkowym. To z kolei zwiększa koszty budowy i komplikuje projekt obiektu.

EFEKTYWNOŚĆ SMART ELEVATOR

Tabela. Przykład reguł wnioskowania

Omawiana koncepcja wymaga dodatkowego wyjaśnienia. Pasażerów, którzy chcą dojechać na te same lub sąsiadujące ze sobą piętra, kieruje się do tych samych wind. Takie grupowanie pozwala znacznie zmniejszyć liczbę zatrzymań poszczególnych kabin, co wyjaśniamy na przykładzie.

Załóżmy, że na parterze budynku czeka szesnaście osób, których cele podróży rozkładają się w sposób przedstawiony na rysunku 2, tzn.: "szarzy" S - 1 piętro, "pomarańczowi" P - 2, "biali" B - 3,, "niebiescy" N - 4. Jeżeli rozejdą się one do czterech wind, wybierając je przypadkowo, w taki sposób, że zapełnienie poszczególnych kabin będzie następujące: 1 - BNP, 2 - PSNB, 3 - SPNBS i 4 - BNPS nim wszyscy dotrą do celu windy, w sumie zatrzymają się aż 15 razy (rys. 2a). Kierując pasażerów P i S do windy 1, N do 2, a B do 4, uruchomić trzeba będzie natomiast tylko trzy windy, a te zatrzymają się łącznie tylko 4 razy (rys. 2b).

W sterowaniu smart elevator wykorzystywane są również informacje o tym, jak liczba zgłoszeń rozkłada się w ciągu całego dnia. Pod uwagę brane są komunikacyjne szczyty występujące z rana, gdy ludzie przychodzą do biura albo wychodzą z domu, po południu, kiedy wychodzą z pracy lub wracają do mieszkań, jak i w innych godzinach, w zależności od specyfiki budynku - na przykład w porze obiadowej. W odpowiednich godzinach można zatem zwiększyć częstotliwość przejazdów kabin, zapobiegając gromadzeniu się ludzi na parterze i na wybranych piętrach. Regulując prędkość, skraca się natomiast czas podróży.

Wieloma windami można sterować sprawniej także wtedy, gdy budynek jest podzielony na strefy w zależności od natężenia ruchu. Tłokowi zapobiega przyznanie wyższego priorytetu przystankom na piętrach, na których mieszczą się często odwiedzane placówki.

Modernizacje kształtują rynek wind

Biorąc pod uwagę obecną sytuację demograficzną, w tym starzenie się społeczeństw oraz postępująca urbanizację, można prognozować dosyć stały wzrost popytu na windy. Ważnym czynnikiem prorozwojowym jest także konieczność ich modernizacji.

Typowy czas życia windy (przy regularnym serwisowaniu) to około 20-30 lat, po czym wymaga ona odpowiedniej modernizacji. W Polsce, gdzie większość dźwigów w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych zainstalowano w latach 80. ubiegłego wieku, "termin ważności" właśnie mija lub wkrótce upłynie.

Dzięki temu, jak wynika ze statystyk Urzędu Dozoru Technicznego, rocznie w naszym kraju modernizowanych jest ponad 1300 dźwigów osobowych i osobowo-towarowych. W latach 2004 - 2011 łącznie unowocześniono ich przeszło 11 tysięcy.

W zależności od stanu technicznego i celów modernizacji (m.in. ograniczenia poboru energii, zwiększenia przepustowości, poprawy bezpieczeństwa) polega to tylko na wstawieniu nowych: drzwi kabiny, napędu albo układu sterowania. W razie całościowej wymiany ze starego dźwigu pozostaje nierzadko tylko szyb.

LOGIKA ROZMYTA W STEROWANIU WINDAMI

Ze względu na dużą ilość danych wejściowych oraz różnorodność, a często również rozbieżność celów sterowania (na przykład szybkość transportu bywa uzyskiwana kosztem efektywności energetycznej lub na odwrót) w zarządzaniu ruchem wind implementuje się złożone algorytmy sterowania. Takie są m.in. genetyczne oraz oparte na logice rozmytej (fuzzy logic).

Ta ostatnia wykorzystuje zbiory rozmyte, między którymi nie ma dokładnie określonych granic, natomiast o tym, do którego z nich należy dana wartość, decyduje jej stopień przynależności, który mieści się w przedziale od 0 do 1. Oznacza to, że do niektórych zbiorów wartość może zaliczać się "trochę bardziej" albo "nieco mniej" niż do innych - inaczej niż wtedy, gdy jest to opisywane przy użyciu logiki binarnej. Ta rozróżnia bowiem tylko dwie możliwości: gdy wartość należy do zbioru - prawda, a gdy nie należy - fałsz. Stopień przynależności określany jest na podstawie funkcji przynależności (Membership Function) dla danej zmiennej w procesie fuzyfikacji (rozmycia).

Załóżmy, że w systemie sterowania wieloma windami opartym na logice rozmytej przyjęto cztery zmienne: trzy wejściowe i jedną wyjściową. Te pierwsze to:

  • odległość (distance, D) określana jako liczba pięter, jaka dzieli poziom, na którym aktualnie znajduje się winda i ten, na którym oczekuje osoba ją wzywająca,
  • obciążenie (loading, L), tzn. liczba "zajętych miejsc" w kabinie w momencie jej przyjazdu na piętro, z którego przyszło wezwanie,
  • czas oczekiwania (time, T), czyli szacowany czas, przez który osoba wzywająca windę będzie musiała czekać na jej przyjazd.

Ta ostatnia zmienna powinna uwzględniać liczbę zatrzymań kabiny, które będą miały miejsce, nim dotrze ona na poziom zgłoszenia. Oznacza to, że należy oszacować, ile łącznie potrwa zamykanie i otwieranie drzwi na każdym przystanku oraz czas, w jakim poruszając się z określoną prędkością, kabina pokona dystans dzielący sąsiednie piętra. Zmienną wyjściową jest natomiast priorytet (priority, P). Winda, która będzie miała najwyższy, obsłuży dane wezwanie.

Aby wyznaczyć priorytet, najpierw (w procesie wnioskowania) skorzystać trzeba z zestawu reguł, zwykle w formie instrukcji warunkowych. Są to zasady, dla których w oparciu o wiedzę ekspercką przyjmuje się założenie, że ich zastosowanie pozwoli zrealizować dany cel sterowania. Baza reguł dla tych zmiennych mogłaby obejmować przykładowo instrukcje warunkowe takie jak te przedstawione w tabeli. Na podstawie wyników tych instrukcji wartość priorytetu dla każdej z wind jest wyznaczana w procesie defuzyfikacji (ostrzenia) - na przykład przy użyciu metody średniej ważonej.

Monika Jaworowska

W artykule wykorzystano informacje przedstawione w dokumencie opracowanym w ramach projektu E4 Energy Efficient Elevators and Escalators przy wsparciu Komisji Europejskiej.

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty